Linux学习总结（七十五）非关系型数据库之memcached

Posted 2020-12-27

一 非关系型数据库

非关系型数据库就是NoSQL，关系型数据库代表mysql
对于关系型数据库来说，是需要把数据存储到库、表、行、字段里，查询的时候根据条件一行一行地去匹配，当量非常大的时候就很耗费时间和资源，尤其是数据是需要从磁盘里去检索
NoSQL数据库存储原理非常简单（典型的数据类型为k-v），不存在繁杂的关系链，比如mysql查询的时候，需要找到对应的库、表（通常是多个表）以及字段。
NoSQL数据可以存储在内存里，查询速度非常快
NoSQL在性能表现上虽然能优于关系型数据库，但是它并不能完全替代关系型数据库
NoSQL因为没有复杂的数据结构，扩展非常容易，支持分布式
k-v形式的：memcached、redis 适合储存用户信息，比如会话、配置文件、参数、购物车等等。这些信息一般都和ID（键）挂钩，这种情景下键值数据库是个很好的选择。
文档数据库：mongodb 将数据以文档的形式储存。每个文档都是一系列数据项的集合。每个数据项都有一个名称与对应的值，值既可以是简单的数据类型，如字符串、数字和日期等；也可以是复杂的类型，如有序列表和关联对象。数据存储的最小单位是文档，同一个表中存储的文档属性可以是不同的，数据可以使用XML、JSON或者JSONB等多种形式存储。
列存储 Hbase0
图 Neo4J、Infinite Graph、OrientDB

二 memcached基本原理

Memcached是国外社区网站LiveJournal团队开发，目的是为了通过缓存数据库查询结果，减少数据库访问次数，从而提高动态web站点性能。
官方站点 http://www.memcached.org/
数据结构简单(k-v)，数据存放在内存里
多线程
基于c/s架构，协议简单
基于libevent的事件处理
自主内存存储处理（slab allowcation)
数据过期方式：Lazy Expiration 和 LRU
Slab allocation
Slab Allocation的原理
将分配的内存分割成各种尺寸的块（chunk）， 并把尺寸相同的块分成组（chunk的集合），每个chunk集合被称为slab。
Memcached的内存分配以Page为单位，Page默认值为1M，可以在启动时通过-I参数来指定。
Slab是由多个Page组成的，Page按照指定大小切割成多个chunk。
Growth factor
Memcached在启动时通过-f选项可以指定 Growth Factor因子。该值控制chunk大小的差异。默认值为1.25。
通过memcached-tool命令查看指定Memcached实例的不同slab状态，可以看到各Item所占大小（chunk大小）差距为1.25
命令： memcached-tool 127.0.0.1:11211 display
Memcached的数据过期方式
Lazy Expiration
Memcached 内部不会监视记录是否过期，而是在get时查看记录的时间戳，检查记录是否过期。这种技术被称为lazy（惰性）expiration。因此，Memcached不会在过期监视上耗费CPU时间。
LRU
Memcached会优先使用已超时的记录的空间，但即使如此，也会发生追加新记录时空间不足的情况，此时就要使用名为Least Recently Used（LRU）机制来分配空间。顾名思义，这是删除“最近最少使用”的记录的机制。因此，当内存空间不足时（无法从slab class获取到新的空间时），就从最近未被使用的记录中搜索，并将其空间分配给新的记录。从缓存的实用角度来看，该模型十分理想。

三 Memcached安装

yum install -y memcached libmemcached libevent
systemctl start memcached

vim /etc/sysconfig/memcached可以配置参数
比如加上监听的ip，可以把OPTIONS="" 改为OPTIONS="127.0.0.1"
其中-m指定memcached分配内存
-c指定最大并发数
-u指定运行memcached服务的用户
查看Memcached运行状态
memcached-tool 127.0.0.1:11211 stats
在memcached中，运行state命令可以查看memcached服务的状态信息，其中cmd_get表示总的get次数，get_hits表示get的总命中次数，命中率 = get_hits/cmd_get。
或者echo stats |nc 127.0.0.1 11211 需要安装nc工具 yum install -y nc
若安装libmemcached后，可以使用命令
memstat --servers=127.0.0.1:11211 查看memcached服务状态

四 Memcached数据库语法

Memcached命令行
telnet 127.0.0.1 11211
set key2 0 30 2
ab
STORED
get key2
VALUE key2 0 2
ab
END
Memcached语法规则
<command name> <key> <flags> <exptime> <bytes> <data block>
注： 在windows下是Enter键
<command name> 可以是set, add, replace
set表示按照相应的<key>存储该数据，没有的时候增加，有的时候覆盖
add表示按照相应的<key>添加该数据,但是如果该<key>已经存在则会操作失败
replace表示按照相应的<key>替换数据,但是如果该<key>不存在则操作失败。
<key> 客户端需要保存数据的key
<flags> 是一个16位的无符号的整数(以十进制的方式表示)。该标志将和需要存储的数据一起存储,并在客户端get数据时返回。客户端可以将此标志用做特殊用途，此标志对服务器来说是不透明的。
<exptime> 为过期的时间。若为0表示存储的数据永远不过期(但可被服务器算法：LRU 等替换)。如果非0(unix时间或者距离此时的秒数),当过期后,服务器可以保证用户得不到该数据(以服务器时间为标准)。
<bytes> 需要存储的字节数，当用户希望存储空数据时<bytes>可以为0
<data block>需要存储的内容，输入完成后，最后客户端需要加上 （直接点击Enter）作为结束标志。
Memcached数据示例
set key3 1 100 4
abcd
STORED
get key3
VALUE key3 1 4
abcd
END
replace key3 1 200 5
abcdx
STORED
get key3
VALUE key3 1 5
abcdx
END
delete key3
DELETED
get key3
END
Memcached数据导出和导入
导出：
memcached-tool 127.0.0.1:11211 dump > data.txt
cat data.txt
导入：
nc 127.0.0.1 11211 < data.txt
若nc命令不存在，yum install nc
memstat --servers=127.0.0.1:11211 查看下数据存储情况
注意：导出的数据是带有一个时间戳的，这个时间戳就是该条数据过期的时间点，如果当前时间已经超过该时间戳，那么是导入不进去的。当我们set写入的数据过期时间设为0时，虽然当前表示永不过期，但当数据导出时，会导出一个创建命令时的时间戳，因此当我们导入时，就会过期。要成功导入就需要手动更改该时间戳。

五 php连接Memcached

1 先安装php的memcache扩展
cd /usr/local/src/
wget http://www.apelearn.com/bbs/data/attachment/forum/memcache-2.2.3.tgz
tar zxf memcache-2.2.3.tgz
cd memcache-2.2.3
/usr/local/php-fpm/bin/phpize //生成configure文件
出现can‘t find autoconf , yum install -y autoconf
./configure --with-php-config=/usr/local/php-fpm/bin/php-config
make && make install
安装完后会有类似这样的提示：Installing shared extensions: /usr/local/php-fpm/lib/php/extensions/no-debug-non-zts-20131226/
然后修改php.ini添加一行extension="memcache.so“
检查/usr/local/php/bin/php-fpm -m
2 测试连接
下载测试脚本
curl www.apelearn.com/study_v2/.memcache.txt > 1.php 2>/dev/null
脚本内容如下

<?php
//连接Memcache Memcache
$mem = new Memcache;
$mem->connect("localhost", 11211);
//保存数据
$mem->set(‘key1‘, ‘This is first value‘, 0, 60);
$val = $mem->get(‘key1‘);
echo "Get key1 value: " . $val ."<br>";
//替换数据
$mem->replace(‘key1‘, ‘This is replace value‘, 0, 60);
$val = $mem->get(‘key1‘);
echo "Get key1 value: " . $val . "<br>";
//保存数组数据
$arr = array(‘aaa‘, ‘bbb‘, ‘ccc‘, ‘ddd‘);
$mem->set(‘key2‘, $arr, 0, 60);
$val2 = $mem->get(‘key2‘);
echo "Get key2 value: ";
print_r($val2);
echo "<br>";
//删除数据
$mem->delete(‘key1‘);
$val = $mem->get(‘key1‘);
echo "Get key1 value: " . $val . "<br>";
//清除所有数据
$mem->flush();
$val2 = $mem->get(‘key2‘);
echo "Get key2 value: ";
print_r($val2);
echo "<br>";
//关闭连接
$mem->close();
?>

执行脚本
/usr/local/php-fpm/bin/php 1.php
或者将1.php放到某个虚拟主机根目录下面，在浏览器访问，即可看到效果
最终可以看到数据如下：
[0] => aaa
[1] => bbb
[2] => ccc
[3] => ddd

六 Memcached中存储session

先查看一下session的保存路径，默认是files，保存在本地磁盘的/tmp下面。

vi /usr/local/php-fpm/etc/php.ini
[Session]
; Handler used to store/retrieve data.
; http://php.net/session.save-handler
session.save_handler = files

接下来我们创建一个可以生成session的php脚本

vi session.php
<?php 
session_start(); 
if (!isset($_SESSION[‘TEST‘])) { 
$_SESSION[‘TEST‘] = time(); 
} 
$_SESSION[‘TEST3‘] = time(); 
print $_SESSION[‘TEST‘]; 
print "<br><br>"; 
print $_SESSION[‘TEST3‘]; 
print "<br><br>"; 
print session_id(); 
?> 

在lnmp 环境中访curl 访问该脚本，在/tmp 下查看保存session的文件
接下来我们编辑相关配置文件，将session保存到memcached中
本实例是在lamp/lnmp环境下实现
编辑php.ini添加两行

session.save_handler = memcache 
session.save_path = "tcp://127.0.0.1:11211"  

或者httpd.conf中对应的虚拟主机中添加

php_value session.save_handler "memcache" 
php_value session.save_path "tcp://127.0.0.1:11211"  

或者php-fpm.conf对应的pool中添加

php_value[session.save_handler] = memcache
php_value[session.save_path] = " tcp://127.0.0.1:11211 "

编辑完配置文件，继续测试
curl localhost/session.php //可以用自己的任意一个虚拟主机测试，不一定是localhost
类似于1443702394<br><br>1443702394<br><br>i44nunao0g3o7vf2su0hnc5440

telnet 127.0.0.1 11211
get i44nunao0g3o7vf2su0hnc5440 

备注:上面的curl 执行的结果中，前面两串数字相同，是value信息，最后一串数字为key信息。配置成功后，我们就可以登录到memcached，get该key字符串查看到存储的vlaue信息。配置中tcp后面的ip地址根据实际情况更改。